JP2008262863A - Mems switch and integrated circuit equipped with it - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、磁気の有無により開閉するMEMSスイッチおよびこれを備えた集積回路に関する。 The present invention relates to a MEMS switch that opens and closes depending on the presence or absence of magnetism, and an integrated circuit including the same.
一対の接点を機械的に接触させてオン/オフ動作をさせるスイッチは、その殆どは手動により動作させるものであるが、電気信号により動作させるスイッチもある。 Most of the switches that are turned on / off by mechanically contacting a pair of contacts are manually operated, but there are also switches that are operated by an electric signal.
例えば、特許文献1に示すものがあり、MEMS(Micro Electro Mechanical System:微小電気機械システム)により基板に一直線に形成された溝の一方に2本の固定光ファイバを配設すると共に、先端が固定光ファイバに対面し且つ揺動するようにして可動光ファイバを上記溝に配設し、この自由端に板ばねを介在させ、この板ばねを電磁石により駆動することにより可動光ファイバを変位させてスイッチングを行う光スイッチが開示されている。
For example, there is what is shown in
また、磁気センサ、例えばMR素子と永久磁石を組み合わせてスイッチ信号を発生させ、このスイッチ信号により半導体スイッチング素子を動作させる半導体スイッチも知られている。
しかし、従来の光スイッチによると、特許文献1の構成の場合、電流のオン/オフに適用しようとすると、構成が複雑になると共に、大型化する。また、スイッチにMR(magnetoresistive effect)素子を用いた場合、半導体スイッチング素子との組み合わせが必須になり、単独でスイッチを構成することはできない。
However, according to the conventional optical switch, in the case of the configuration of
従って、本発明の目的は、小型が図れ、大容量の電流をオン/オフ可能な磁気駆動によるMEMSスイッチ及びこれを備えた集積回路を提供することにある。 Accordingly, it is an object of the present invention to provide a magnetically driven MEMS switch that can be miniaturized and that can turn on / off a large-capacity current, and an integrated circuit including the same.
[1]本発明の第1の態様によれば、MEMS(Micro Electro Mechanical System)により設けられた突起状の支持部を有するシリコン基板と、前記シリコン基板の表面に平行させて前記支持部に設けられた板状の磁性体と、前記磁性体の先端の内側に設けられた第1の接点と、前記第1の接点に対向して前記シリコン基板の表面に設けられた第2の接点と、を備えたことを特徴とするMEMSスイッチを提供する。 [1] According to the first aspect of the present invention, a silicon substrate having a projecting support provided by MEMS (Micro Electro Mechanical System), and provided on the support in parallel to the surface of the silicon substrate. A plate-shaped magnetic body, a first contact provided inside the tip of the magnetic body, a second contact provided on the surface of the silicon substrate opposite to the first contact, A MEMS switch characterized by comprising:
[2]本発明の第2の態様によれば、前記[1]に記載のMEMSスイッチと、前記MEMSスイッチに併設された磁気センサと、前記MEMSスイッチおよび前記磁気センサを一体に封止したパッケージと、を備えたことを特徴とする集積回路を提供する。 [2] According to the second aspect of the present invention, the MEMS switch according to [1], a magnetic sensor provided alongside the MEMS switch, and a package in which the MEMS switch and the magnetic sensor are integrally sealed. And an integrated circuit characterized by comprising:
[3]前記磁気センサは、巨大磁気抵抗効果素子、磁気抵抗効果素子またはホール素子を用いることができる。 [3] The magnetic sensor may be a giant magnetoresistive element, magnetoresistive element, or Hall element.
本発明の実施の態様によれば、小型が図れ、大容量の電流をオン/オフ可能なMEMSスイッチおよびこれを備えた集積回路を得ることができる。 According to the embodiment of the present invention, it is possible to obtain a MEMS switch which can be miniaturized and which can turn on / off a large-capacity current and an integrated circuit including the MEMS switch.
[第1の実施の形態]
図1は、本発明の第1の実施の形態に係るMEMSスイッチを示す正面断面図である。
[First Embodiment]
FIG. 1 is a front sectional view showing a MEMS switch according to a first embodiment of the present invention.
(MEMSスイッチの構成)
MEMSスイッチ100は、シリコン基板1と、シリコン基板1上にMEMS技術により設けられた支持部2と、支持部2の上端に取り付けられた磁性体3と、磁性体3の先端の内側に設けられた第1の接点4と、一端に接点4が接続されると共に他端がシリコン基板1上に布線された配線パターン5と、接点4に対向させてシリコン基板1上に設けられた第2の接点6と、シリコン基板1上に設けられた配線パターン7A,7Bと、配線パターン5と配線パターン7Bを接続するワイヤ14と、可動部及び第1,第2の接点4,6の周囲に空間を持たせて封止されたパッケージ20を備えて構成されている。
(Configuration of MEMS switch)
The MEMS switch 100 is provided inside the
支持部2は、例えば、シリコン基板1をエッチングして構成され、或いは、金型を用いて素材を加熱して凹凸を形成するホットエンボス(hot embossing)加工等により構成されている。
The
磁性体3は、例えば、Fe、Fe合金等の磁性金属を堆積、蒸着等により所定の厚みにして構成されており、例えば、常温接合、接着等により支持部2の上端に固定されている。
The magnetic body 3 is configured to have a predetermined thickness by, for example, depositing or vapor-depositing a magnetic metal such as Fe or Fe alloy, and is fixed to the upper end of the
第1及び第2の接点4,6は、例えば、数アンペアを流しても溶断しない大きさ及び厚みになるように、蒸着等により設けられている。 The first and second contacts 4 and 6 are provided, for example, by vapor deposition so as to have a size and thickness that do not melt even when several amperes flow.
配線パターン5,7A,7Bは、例えば、蒸着、エッチング等により設けられ、例えば、数アンペアを流しても溶断しないパターン幅及び厚みに設定されている。 The wiring patterns 5, 7 </ b> A, and 7 </ b> B are provided by, for example, vapor deposition, etching, etc.
配線パターン7A,7Bは、スイッチのオン/オフ出力端子になる。したがって、配線パターン7A,7Bには、外部と接続するためのリード線、ピン等が接続される。
The
ワイヤ14は、金線等によるボンディングワイヤである。 The wire 14 is a bonding wire such as a gold wire.
パッケージ20は、耐熱性及び耐湿性を有する樹脂材であり、樹脂成形により設けられている。 The package 20 is a resin material having heat resistance and moisture resistance, and is provided by resin molding.
次に、MEMSスイッチ100の動作について説明する。 Next, the operation of the MEMS switch 100 will be described.
(MEMSスイッチの動作)
図2は、MEMSスイッチ100の装着例を示す斜視図である。図1及び図2に示すように、MEMSスイッチ100は、プランジャ11の端部に装着されたマグネット10の移動路に沿って配設されている。
(Operation of MEMS switch)
FIG. 2 is a perspective view showing a mounting example of the MEMS switch 100. As shown in FIGS. 1 and 2, the MEMS switch 100 is disposed along the moving path of the magnet 10 attached to the end of the plunger 11.
図2に示すように、プランジャ11は、円筒形状のホルダ12及びガイド13によってガイドされながら、図1の矢印A,Bの方向に往復動することができる。 As shown in FIG. 2, the plunger 11 can reciprocate in the directions of arrows A and B in FIG. 1 while being guided by a cylindrical holder 12 and a guide 13.
ホルダ12は、図1に示したMEMSスイッチ100が外周面に装着されており、このMEMSスイッチ100の配線パターン7A,7Bには、他端が図示しないブレーキランプ回路等に接続された一対のリード線8の一端が接続されている。
The holder 12 is mounted with the MEMS switch 100 shown in FIG. 1 on the outer peripheral surface, and the
プランジャ11は、その一端が、例えば、自動車のブレーキのリンクに結合されており、ドライバが図示しないブレーキペダルを踏んだとき、図1及び図2に示すA方向へ移動し、ブレーキペダルから足を離したときにB方向へ移動する。 One end of the plunger 11 is coupled to a brake link of an automobile, for example. When the driver steps on a brake pedal (not shown), the plunger 11 moves in the direction A shown in FIGS. Moves in direction B when released.
プランジャ11の移動に伴って、プランジャ11の他端のマグネット10がB位置からA位置へ移動すると、マグネット10が磁性体3に接近するにつれて、磁性体3に対する磁気吸引力が徐々に強くなり、磁性体3はシリコン基板1側へ撓むようになる。
When the magnet 10 at the other end of the plunger 11 moves from the B position to the A position as the plunger 11 moves, the magnetic attractive force on the magnetic body 3 gradually increases as the magnet 10 approaches the magnetic body 3. The magnetic body 3 bends toward the
磁性体3に対する磁気吸引力が或るレベル以上になると、第1の接点4と第2の接点6が接触し、スイッチオンの状態になる。この結果、電流は、配線パターン7B、配線パターン5、第1の接点4、第2の接点6及び配線パターン7Aの経路を経て流れる。
When the magnetic attraction force with respect to the magnetic body 3 exceeds a certain level, the first contact 4 and the second contact 6 come into contact with each other and the switch is turned on. As a result, the current flows through the route of the wiring pattern 7B, the wiring pattern 5, the first contact 4, the second contact 6, and the
次に、プランジャ11の移動に伴ってマグネット10がA位置からB位置へ移動すると、磁性体3に対する磁気吸引力が徐々に低下し、磁性体3は徐々に水平状態に戻され、その過程で第1の接点4と第2の接点6との接触が解放され、スイッチオフになる。 Next, when the magnet 10 moves from the A position to the B position as the plunger 11 moves, the magnetic attractive force with respect to the magnetic body 3 gradually decreases, and the magnetic body 3 gradually returns to the horizontal state. The contact between the first contact 4 and the second contact 6 is released and the switch is turned off.
(MEMSスイッチの製造方法)
図3は、MEMSスイッチの製造方法を示す工程図である。以下に、図3を参照してMEMSスイッチの製造方法について説明する。図1においては、1つのスイッチ分の構成を示しているが、実際にはシリコンウェハ等に多数個を同時に作製し、最後にダイシングして個別化する。
(Method for manufacturing MEMS switch)
FIG. 3 is a process diagram showing a manufacturing method of the MEMS switch. Below, the manufacturing method of a MEMS switch is demonstrated with reference to FIG. Although FIG. 1 shows a configuration for one switch, in practice, a large number of switches are simultaneously manufactured on a silicon wafer or the like, and finally diced for individualization.
まず、図3の(a)に示すシリコン基板1に対して、同図(b)に示すように、DRIE(Deep Reactive Ion Etching)により支持部2以外の部分を除去する。
First, as shown in FIG. 3B, portions other than the
次に、図3の(c)に示すように、シリコン基板1の表面の配線パターン7A,7Bを設ける部分以外の部分にレジスト9を塗布する。次に、レジスト9を塗布していない部分に、例えば、電子ビーム蒸着によりAu膜による配線パターン7A,7Bを形成する。
Next, as shown in FIG. 3C, a resist 9 is applied to portions other than the portions where the
次に、図3の(d)に示すように、第2の接点6以外の部分にレジストを設けた後、配線パターン7Aの所定部分に電子ビーム蒸着によりAu膜による第2の接点6を形成する。レジストは、この工程後に除去する。
Next, as shown in FIG. 3D, after a resist is provided in a portion other than the second contact 6, a second contact 6 made of an Au film is formed on a predetermined portion of the
次に、図3の(e)に示すように、他の工程において、第1の接点4及び配線パターン5を有する磁性体3を製作する。この磁性体3の端部を支持部2の上端面に接合し、配線パターン5と配線パターン7Bとをワイヤ14によりワイヤボンディングすることにより、MEMSスイッチ100が完成する。
Next, as shown in FIG. 3E, in another process, the magnetic body 3 having the first contact 4 and the wiring pattern 5 is manufactured. The end portion of the magnetic body 3 is joined to the upper end surface of the
最後に、第1の接点4が自由に揺動でき、かつ第1の接点4と第2の接点6とで機械的なオン/オフ動作が可能な内部空間を確保して、シリコン基板1の周囲をパッケージ20により封止する。
Finally, an internal space in which the first contact 4 can freely swing and the first contact 4 and the second contact 6 can be mechanically turned on / off is secured, so that the
(第1の実施の形態の効果)
第1の実施の形態によれば、下記の効果を奏する。
(1)MEMS技術を用いたことにより、小型化を図りながら、スイッチオンにより大電流を流すことができる。
(2)主要部のシリコン基板1及び支持部2をMEMS技術を用いて製作するため、量産性及び信頼性を高めることができる。
(Effects of the first embodiment)
According to the first embodiment, the following effects are obtained.
(1) By using the MEMS technology, it is possible to pass a large current by switching on while reducing the size.
(2) Since the
[第2の実施の形態]
図4は、本発明の第2の実施の形態に係る集積回路を示す正面断面図である。
[Second Embodiment]
FIG. 4 is a front sectional view showing an integrated circuit according to the second embodiment of the present invention.
(集積回路の構成)
本実施の形態は、第1の実施の形態において、共通のシリコン基板1上にMEMSスイッチ100と共に磁気センサ21を実装し、これらを樹脂モールドによるパッケージ20で封止して集積回路200を構成したものである。
(Configuration of integrated circuit)
In this embodiment, the integrated circuit 200 is configured by mounting the magnetic sensor 21 together with the MEMS switch 100 on the
なお、MEMSスイッチ100は、微小サイズであるため、実際には磁気センサ21に比較して同サイズにはならないが、図4においては、構成の把握が容易になるように拡大して示している。 Note that since the MEMS switch 100 has a small size, it does not actually have the same size as the magnetic sensor 21, but in FIG. 4, the configuration is enlarged to facilitate the understanding of the configuration. .
磁気センサ21は、例えば、GMR(giant magnetoresistive effect:巨大磁気抵抗効果)素子、MR素子(magnetoresistive effect:磁気抵抗効果素子)またはホール素子を磁気検出素子に用いて構成されている。これらの中で、GMR素子は、最も検出感度が高いので、高感度な磁気センサ21を構成することができる。 The magnetic sensor 21 is configured using, for example, a GMR (giant magnetoresistive effect) element, an MR element (magnetoresistive effect) or a Hall element as a magnetic detection element. Among these, since the GMR element has the highest detection sensitivity, a highly sensitive magnetic sensor 21 can be configured.
磁気センサ21は、シリコン基板1上にMEMSスイッチ100を設けた後、所定の位置にハンダ等により実装される。
The magnetic sensor 21 is mounted on a predetermined position by solder or the like after the MEMS switch 100 is provided on the
シリコン基板1は、MEMSスイッチ100と磁気センサ21を搭載可能な面積を有すると共に、MEMSスイッチ100及び磁気センサ21の配線パターンや端子に接続される配線パターン(図示せず)を備えている。
The
更に、シリコン基板1は、シリコン基板1の配線パターン5,7A,7B、及び磁気センサ21の端子に接続される複数のアウターリード22を有している。アウターリード22は、スルーホール23を介して配線パターン7に接続されている。なお、配線パターン7B及び磁気センサ21の端子に接続されるアウターリードは、図示を省略している。
Further, the
(集積回路の動作)
次に、集積回路200の動作について説明する。集積回路200は、図2に示したように、ホルダ12に取り付けられている。
(Operation of integrated circuit)
Next, the operation of the integrated circuit 200 will be described. The integrated circuit 200 is attached to the holder 12 as shown in FIG.
図1において、プランジャ11の移動に伴ってマグネット10がB位置からA位置へ移動すると、マグネット10の磁性体3及び磁気センサ21に対する磁気力が徐々に強くなり、磁性体3はシリコン基板1側へ撓むと共に磁気センサ21からは磁気力に応じた検出信号が出力される。
In FIG. 1, when the magnet 10 moves from the B position to the A position as the plunger 11 moves, the magnetic force of the magnet 10 on the magnetic body 3 and the magnetic sensor 21 gradually increases, and the magnetic body 3 is on the
磁性体3に対する磁気吸引力が或るレベル以上になると、第1の接点4と第2の接点6が接触し、スイッチオンになる。この結果、電流は、配線パターン7B、配線パターン5、第1の接点4、第2の接点6及び配線パターン7Aの経路を経て流れる。
When the magnetic attractive force on the magnetic body 3 exceeds a certain level, the first contact 4 and the second contact 6 come into contact with each other and the switch is turned on. As a result, the current flows through the route of the wiring pattern 7B, the wiring pattern 5, the first contact 4, the second contact 6, and the
また、磁気センサ21の検出出力に対し、磁気センサ21に接続された図示しない信号処理回路は、予め設定した閾値を超えた時に駆動信号を発生し、半導体スイッチング素子やリレーからなるスイッチ素子を動作させる。 In addition, a signal processing circuit (not shown) connected to the magnetic sensor 21 generates a driving signal when a predetermined threshold is exceeded with respect to the detection output of the magnetic sensor 21, and operates a switching element such as a semiconductor switching element or a relay. Let
次に、プランジャ11の移動に伴ってマグネット10がA位置からB位置へ移動すると、磁性体3に対する磁気吸引力が徐々に低下し、磁性体3は徐々に水平状態に戻され、その過程で第1の接点4と第2の接点6との接触が解放し、スイッチオフになる。 Next, when the magnet 10 moves from the A position to the B position as the plunger 11 moves, the magnetic attractive force with respect to the magnetic body 3 gradually decreases, and the magnetic body 3 gradually returns to the horizontal state. The contact between the first contact 4 and the second contact 6 is released and the switch is turned off.
また、マグネット10がB位置からA位置へ移動すると、磁気センサ21に磁気力が徐々に低下し、検出出力は徐々に低下する。検出出力が閾値以下になると、信号処理回路からは出力信号が無くなり、スイッチ素子がオフになる。 When the magnet 10 moves from the B position to the A position, the magnetic force gradually decreases in the magnetic sensor 21, and the detection output gradually decreases. When the detection output is less than or equal to the threshold value, the output signal is lost from the signal processing circuit, and the switch element is turned off.
(第2の実施の形態の効果)
第2の実施の形態によれば、下記の効果を奏する。
(1)MEMSスイッチ100と共に磁気センサ21を動作させてスイッチ素子を駆動するようにしたため、確実に負荷をオン/オフすることができ、信頼性及び安全性を向上させることができる。
(2)MEMSスイッチ100においては、第1の実施の形態と同様の効果を得ることができる。
(Effect of the second embodiment)
According to the second embodiment, the following effects are obtained.
(1) Since the magnetic sensor 21 is operated together with the MEMS switch 100 to drive the switch element, the load can be reliably turned on / off, and the reliability and safety can be improved.
(2) In the MEMS switch 100, the same effect as the first embodiment can be obtained.
[他の実施の形態]
なお、本発明は、上記各実施の形態に限定されず、本発明の技術思想を逸脱あるいは変更しない範囲内で種々な変形が可能である。
[Other embodiments]
The present invention is not limited to the above embodiments, and various modifications can be made without departing from or changing the technical idea of the present invention.
1 シリコン基板
2 支持部
3 磁性体
4 第1の接点
5 配線パターン
6 第2の接点
7A,7B 配線パターン
8 リード線
9 レジスト
10 マグネット
11 プランジャ
12 ホルダ
13 ガイド
14 ワイヤ
20 パッケージ
21 磁気センサ
22 アウターリード
23 スルーホール
100 MEMSスイッチ
200 集積回路
DESCRIPTION OF
Claims (3)
前記シリコン基板の表面に平行させて前記支持部に設けられた板状の磁性体と、
前記磁性体の先端の内側に設けられた第1の接点と、
前記第1の接点に対向して前記シリコン基板の表面に設けられた第2の接点と、
を備えたことを特徴とするMEMSスイッチ。 A silicon substrate having a protruding support provided by MEMS (Micro Electro Mechanical System);
A plate-like magnetic body provided on the support portion in parallel with the surface of the silicon substrate;
A first contact provided inside the tip of the magnetic body;
A second contact provided on the surface of the silicon substrate opposite to the first contact;
A MEMS switch comprising:
前記MEMSスイッチに併設された磁気センサと、
前記MEMSスイッチおよび前記磁気センサを一体に封止したパッケージと、
を備えたことを特徴とする集積回路。 A MEMS switch according to claim 1;
A magnetic sensor attached to the MEMS switch;
A package integrally sealing the MEMS switch and the magnetic sensor;
An integrated circuit comprising:
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2007106032A JP2008262863A (en) | 2007-04-13 | 2007-04-13 | Mems switch and integrated circuit equipped with it |
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Cited By (2)
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CN101964272A (en) * | 2010-07-22 | 2011-02-02 | 张谦 | Pressure switch based on micro-electromechanical system technology |
US11075041B2 (en) | 2018-04-11 | 2021-07-27 | Tdk Corporation | Magnetically actuated MEMS switch |
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2007
- 2007-04-13 JP JP2007106032A patent/JP2008262863A/en not_active Withdrawn
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